臭氧老化試驗(yàn)箱校準(zhǔn)方法探索

張文靜

（衡水市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)院，河北 衡水 053000）

臭氧老化試驗(yàn)箱是一種模擬和強(qiáng)化大氣中臭氧條件的試驗(yàn)裝置。臭氧老化試驗(yàn)箱產(chǎn)生臭氧的方法主要有高壓放電法、紫外線照射法、電解法。高壓放電式臭氧發(fā)生器因具有技術(shù)成熟、工作穩(wěn)定、壽命長的優(yōu)點(diǎn)為國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)使用最廣泛的臭氧發(fā)生器。該類型臭氧箱的工作原理為高壓放電產(chǎn)生的臭氧氣體和一定量的已處理的空氣，在交換器中混合后送入試驗(yàn)箱體，紫外檢測儀將連續(xù)在線檢測到的臭氧濃度反饋到臭氧發(fā)生器控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值有效地控制臭氧的發(fā)生，從而使試驗(yàn)箱保持設(shè)定的臭氧濃度，加之加熱加濕系統(tǒng)的運(yùn)行，滿足了所有的試驗(yàn)條件。臭氧老化試驗(yàn)箱適用于測試硫化橡膠制品、有機(jī)材料、非金屬材料的耐臭氧老化性能和老化龜裂拉伸試驗(yàn)。

1 概述

針對臭氧老化試驗(yàn)箱的應(yīng)用情況，對臭氧老化試驗(yàn)箱的外觀、溫度、濕度和臭氧濃度四項(xiàng)性能進(jìn)行校準(zhǔn)，其中，對臭氧濃度的檢測是采用紫外吸收法，其原理則是利用了臭氧空氣在波長253.7 nm的紫外光下具有最大的吸收系數(shù)，當(dāng)樣品空氣以恒定流速通過檢測儀器氣路時(shí)被分為兩路，一路為樣品空氣，一路通過選擇性臭氧洗滌器成為零空氣，設(shè)零空氣通過吸收池時(shí)檢測的光強(qiáng)為I0，樣品空氣通過吸收池后的光強(qiáng)為I，則I/I0為透光率。儀器的處理系統(tǒng)根據(jù)朗伯-比爾定律即可計(jì)算出臭氧濃度：

式（1）中：a為臭氧在253.7 nm處的吸收系數(shù)，為1.44×10-5m2/μg；c為采樣溫度壓力條件下臭氧質(zhì)量濃度，μg/m3；d是吸收池路徑長度，m。

以單位體積內(nèi)所含臭氧的質(zhì)量數(shù)表示，常用的單位有mg/L、mg/m3、μg/m3簡稱質(zhì)量濃度，它們之間的關(guān)系為：1 mg/L=103mg/m3=106μg/m3。我國各種標(biāo)準(zhǔn)均采用質(zhì)量濃度。在實(shí)際工作中，往往習(xí)慣用體積分?jǐn)?shù)表示氣體濃度，本方法所使用的臭氧濃度表示方法為摩爾分?jǐn)?shù)μmol/mol，（相當(dāng)于體積濃度10-6，也稱為ppm，指在1.0×106氣體體積中含有臭氧的體積數(shù)）。在0℃、101.3 kPa條件下，1 μmol/mol=2.141 mg/m3；在 25℃、101.3 kPa條件下，1 μmol/mol=2.141 mg/m3。

2 校準(zhǔn)方法

2.1 校準(zhǔn)環(huán)境

環(huán)境溫度為10～35℃，濕度小于等于85%RH。

2.2 校準(zhǔn)儀器

2.2.1 溫度測量儀器

采用由鉑電阻、熱電偶傳感器及二次儀表組成的溫度測量系統(tǒng)，其測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度（k=2）不大于被檢溫度允許偏差的1/3.

鉑電阻傳感器應(yīng)符合IEC 60751的等級A，熱電偶傳感器應(yīng)符合GB/T16839.1，傳感器在空氣中的50%響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在10～40 s，溫度測量系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于40 s。

2.2.2 濕度測量儀器

采用由干濕球溫度計(jì)或由其他濕度傳感器組成的濕度測量系統(tǒng)，其測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度（k=2）不大于被測濕度允許偏差的1/3.

2.2.3 臭氧濃度測量儀器

采用紫外吸收式臭氧濃度分析儀，其量程應(yīng)當(dāng)涵蓋所測試臭氧老化箱的臭氧濃度，其示值誤差應(yīng)符合表1中的規(guī)定，重復(fù)性不大于2%.

3 校準(zhǔn)項(xiàng)目

3.1 外觀

儀器外觀應(yīng)干凈整潔、配置完好，各個(gè)功能按鍵應(yīng)能正常工作，顯示應(yīng)清晰完整，儀器銘牌信息完整，應(yīng)有儀器名稱、型號、編號、制造廠名稱、制造日期等。臭氧老化箱必須安裝臭氧排除管道，管道應(yīng)通往檢測區(qū)域以外的大氣環(huán)境。

3.2 溫度偏差

溫度偏差值要求范圍為±2℃。

表1 示值誤差

3.3 濕度偏差

相對濕度檢測值（偏差）要求范圍為（－2～+3）%RH。

3.4 臭氧濃度

臭氧濃度的檢測根據(jù)客戶實(shí)際使用的濃度點(diǎn)來檢測，測量點(diǎn)為0.50 μmol/mol及以上濃度點(diǎn)的偏差范圍為±10%，0.50 μmol/mol以下濃度點(diǎn)的偏差范圍±5 μmol/mol。

4 校準(zhǔn)步驟

4.1 外觀

目測檢查。

4.2 溫度

值得注意的是，溫濕度監(jiān)測應(yīng)在無臭氧的情況下進(jìn)行，如果在測試臭氧之后進(jìn)行溫濕度檢測一定要關(guān)閉臭氧發(fā)生器開關(guān)，則待臭氧濃度降至0后再進(jìn)行溫濕度檢測。

打開臭氧試驗(yàn)箱，設(shè)置好待檢測的溫度值；打開箱門，將探頭放入箱體中央的位置，關(guān)上箱門，待臭氧箱顯示板上的溫度值達(dá)到設(shè)定值；至少在30 min內(nèi)，每2 min測量溫度1次，共測15次，并記錄。

4.3 相對濕度

打開臭氧試驗(yàn)箱，設(shè)置好待檢測的濕度值；打開箱門，將探頭放入箱體中央的位置，關(guān)上箱門，待臭氧箱顯示板上的相對濕度值達(dá)到設(shè)定值；至少在30 min內(nèi)，每2 min測量濕度1次，共測15次，并記錄。

4.4 臭氧濃度

將臭氧分析儀放置于平穩(wěn)處，連接好電源；打開臭氧分析儀，檢查是否運(yùn)行正常；開啟待檢測臭氧試驗(yàn)箱，打開電源開關(guān)，等待臭氧試驗(yàn)箱穩(wěn)定后，設(shè)置需要測定的臭氧濃度點(diǎn)；待臭氧濃度歸0后，將采樣管線的一端放入臭氧試驗(yàn)箱箱體中間，關(guān)閉箱門；開啟臭氧試驗(yàn)箱的臭氧發(fā)生開關(guān)，臭氧試驗(yàn)箱開始產(chǎn)生臭氧，待顯示值穩(wěn)定且與設(shè)定值一致；打開臭氧分析儀的電源開關(guān)，待機(jī)器預(yù)熱20 min后，將采樣管線另一端與臭氧分析儀連接；數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，連續(xù)記錄10個(gè)測試數(shù)值。

5 數(shù)據(jù)處理

5.1 溫度偏差

按下式計(jì)算溫度偏差：

式（2）中：△Td為溫度偏差，℃；T0為臭氧箱顯示板顯示的平均溫度，℃，Tu為臭氧箱中心點(diǎn)測量的平均溫度，℃。

5.2 相對濕度偏差

按下式計(jì)算相對濕度偏差：

式（3）中：△φf為相對濕度，%RH；φ0為臭氧箱顯示板顯示的平均相對濕度值，%RH；φu為臭氧箱中心點(diǎn)測量的平均相對濕度值，%RH。

5.3 臭氧濃度

大多數(shù)臭氧分析儀能夠測量吸收池內(nèi)樣品空氣的溫度和壓力，并根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，自動(dòng)將采樣狀態(tài)下的臭氧的質(zhì)量濃度換算為體積濃度。

按下式計(jì)算臭氧濃度：

式（4）中：△CO3為臭氧濃度的平均值，μmol/mol；n為測量次數(shù)；Cj為第j次測量中得到的臭氧濃度值，μmol/mol。

6 校準(zhǔn)結(jié)果的表達(dá)

校準(zhǔn)證書應(yīng)給出臭氧老化試驗(yàn)箱的測定點(diǎn)的溫度值、相對濕度值、臭氧濃度值和不確定度。

7 復(fù)校時(shí)間間隔

建議臭氧老化試驗(yàn)箱的校準(zhǔn)周期不超過1年，使用頻繁的儀器，周期可為半年。